【摘要】：將來(lái)聚變采用高參數(shù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)脈沖運(yùn)行時(shí),等離子體芯部高Z雜質(zhì)的聚芯必須要得到有效的控制。高Z金屬雜質(zhì)一旦聚芯就會(huì)對(duì)等離子體帶來(lái)十分嚴(yán)重的危害。存在的高Z金屬雜質(zhì)不僅會(huì)稀釋主離子的濃度,雜質(zhì)聚芯還會(huì)導(dǎo)致大量的等離子體輻射能量損失,嚴(yán)重惡化芯部等離子體約束,并降低聚變反應(yīng)功率密度,影響高參數(shù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)脈沖的等離子體運(yùn)行。高Z金屬雜質(zhì)行為的研究依賴于東方超環(huán)(EAST)裝置上雜質(zhì)相關(guān)的診斷系統(tǒng)的發(fā)展。本文重點(diǎn)介紹了 EAST裝置上新發(fā)展三套極紫外(EUV)光譜儀(EUV_Long/EUV_Short/EUV_Long2),EUV譜儀可以給出等離子體中雜質(zhì)高階電離態(tài)輻射信息,是用于芯部高Z雜質(zhì)輸運(yùn)研究的重要診斷,已經(jīng)完成了波長(zhǎng)和強(qiáng)度標(biāo)定與譜線識(shí)別、二級(jí)庫(kù)建設(shè)和數(shù)據(jù)共享。除此以外,EAST裝置上新發(fā)展的濾光器(Filterscope)和多道光纖光譜儀(OSMA)可見(jiàn)光譜診斷系統(tǒng)可以用于研究邊界的雜質(zhì)行為,是研究雜質(zhì)源項(xiàng)信息的重要手段;可見(jiàn)軔致輻射診斷(VB)可以給出等離子體有效電荷數(shù)Zeff,用于裝置整體雜質(zhì)水平的評(píng)價(jià);輻射量熱儀(Bolometer)和軟X射線(Soft X-ray)等診斷系統(tǒng)可以給出等離子體中總的雜質(zhì)輻射水平和分布;而依托這些診斷系統(tǒng),通過(guò)分析研究等離子體中的雜質(zhì)行為,有助于了解雜質(zhì)輸運(yùn)的機(jī)制,從而找到用于控制雜質(zhì)聚芯的有效途徑,為高參數(shù)、長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)等離子體運(yùn)行創(chuàng)造條件。本文對(duì)EAST裝置中性束(NBI)主導(dǎo)加熱高約束模(H模)下的鎢(W)雜質(zhì)行為進(jìn)行了分析研究。NBI加熱總是會(huì)引入鎢雜質(zhì),同時(shí)常常觀察到鎢雜質(zhì)的聚芯并會(huì)嚴(yán)重影響H模的約束性能和參數(shù)分布。研究發(fā)現(xiàn):鎢雜質(zhì)的濃度會(huì)隨著射頻波(RF)加熱功率和邊界局域模(ELM)頻率的增大而降低;在有新經(jīng)典撕裂模(NTM)的H模放電中,鎢雜質(zhì)聚芯程度大大減弱,但是等離子體的約束性能也同時(shí)受到限制,而存在邊界密度擾動(dòng)(EDF)的H模放電中,鎢雜質(zhì)濃度和聚芯程度得到了有效的控制并能維持很好的等離子體約束性能;EAST裝置上集成型小ELM (ISE) H模作為新的運(yùn)行模式,可以獲得很好的約束性能,同時(shí)具備較低的雜質(zhì)水平和鎢雜質(zhì)約束時(shí)間,將是高參數(shù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)脈沖運(yùn)行的一種理想模式。分析表明雜質(zhì)輸運(yùn)與邊界安全因子(q95)和總的加熱功率密切相關(guān),在高q95和高功率加熱時(shí),雜質(zhì)輸運(yùn)明顯增強(qiáng)。并在低q95實(shí)驗(yàn)中采用環(huán)向模數(shù)n=1的共振磁擾動(dòng)(RMP),在相位差180 °時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎢雜質(zhì)濃度的有效控制。此外,本文首次在EAST裝置上利用自發(fā)的瞬態(tài)雜質(zhì)擾動(dòng)研究了鐵(Fe)和銅(Cu)在低雜波(LHW)加熱條件下、無(wú)鋸齒等離子體中的雜質(zhì)約束特性。文中分別研究了歐姆和LHW加熱低約束模(L模)的雜質(zhì)約束時(shí)間對(duì)等離子體參數(shù)的依賴關(guān)系,結(jié)果表明LHW可以有效的降低雜質(zhì)約束時(shí)間,并由此給出了符合EAST的雜質(zhì)約束時(shí)間定標(biāo):42Ip0.32Bt0.2ne-0.43Ptotal-0.4,比較發(fā)現(xiàn)這一定標(biāo)關(guān)系更靠近法國(guó)的Tore Supra裝置和歐共體的JET裝置定標(biāo)律。分析LHW加熱的H模下的雜質(zhì)約束時(shí)間發(fā)現(xiàn)在高再循環(huán)(HER) H模放電中,在邊界存在～25kHz的邊界準(zhǔn)相干模(ECM),這種放電條件下的雜質(zhì)約束時(shí)間比較低,并伴隨著較高的能量約束時(shí)間,這將是等離子體高參數(shù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)脈沖運(yùn)行的另一種理想模式。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL631.24
【圖文】：

熱核聚變研究的意義逡逑問(wèn)題的重要性逡逑人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提，也是長(zhǎng)久以來(lái)各國(guó)經(jīng)濟(jì)一直關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)加迫切。能源利用總量在不斷增長(zhǎng)，與此同時(shí)能源消費(fèi)總量的變化（圖１．１－１．２）邋［１］。目前，人類的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)從單一油、天然氣等）發(fā)展到以化石燃料為主，可再生能源（太陽(yáng)能、能、生物能等）、核聚變能多種消費(fèi)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的局面，但是用過(guò)程中造成的環(huán)境污染問(wèn)題始終沒(méi)有得到徹底的解決。近努力應(yīng)對(duì)能源短缺和環(huán)境惡化等一系列重大挑戰(zhàn)。這些都是康發(fā)展所要面對(duì)的重大問(wèn)題。逡逑４０「逡逑－

參與反應(yīng)的輕核必須能夠克服原子核之間的庫(kù)倫斥力才能保證聚變反應(yīng)的逡逑發(fā)生，所以核聚變必須在極高的壓強(qiáng)和溫度下才有可能發(fā)生。這些反應(yīng)的截面各逡逑不相同，Ｄ邋－邋Ｔ、Ｄ邋－邋３Ｈｅ和Ｄ邋－邋Ｄ的反應(yīng)截面隨Ｄ離子動(dòng)能的變化曲線如圖１．３逡逑所示。從圖中可以看出，雖然單位Ｄ－３Ｈｅ反應(yīng)所釋放出來(lái)的能量最多，但是在逡逑Ｄ離子能量較低的情況下，它的反應(yīng)截面遠(yuǎn)小于Ｄ－Ｄ和Ｄ－Ｔ反應(yīng)。而Ｄ－Ｔ聚逡逑變的反應(yīng)截面，在溫度１０－１００ＫｅＶ時(shí)要比Ｄ－Ｄ聚變反應(yīng)的截面高兩至三個(gè)數(shù)逡逑量級(jí)。逡逑Ｄ是一種天然存在的同位素，并且大量的蘊(yùn)含在海水中，而自然界沒(méi)有天然逡逑的Ｔ，這必須借靠人工的方法產(chǎn)生。Ｔ的產(chǎn)生可以借助于快中子和６Ｌｉ和７Ｌｉ的逡逑反應(yīng)［４］：逡逑？＋６Ｌｉ＾Ｔ＋４Ｈｅ＋４．７９邋ＭｅＶ邐（１．６）逡逑？＋７Ｌｉ－＾ｎ＋Ｔ＋４Ｈｅ－２．４７邋ＭｅＶ邐（１．７）逡逑天然鋰中有７．５６邋％的６Ｌｉ和９２．４４邋％的７Ｌｉ。而且快中子與７Ｌｉ發(fā)生反應(yīng)時(shí)逡逑還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中子，因?yàn)榫圩兎磻?yīng)過(guò)程中的中子能量十分巨大，扣除消耗掉的一逡逑些能量，新產(chǎn)生的中子依然有足夠大的能量和７Ｌｉ再次發(fā)生反應(yīng)，這樣一個(gè)聚變逡逑中子便可以產(chǎn)生大于一個(gè)的氚。因此

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 張繼宗;潘國(guó)強(qiáng);胡立群;王相綦;林士耀;徐立清;;EAST上軟X射線能譜診斷系統(tǒng)的研制[J];核技術(shù);2014年07期

2 崔正英;周航宇;S.MORITA;傅炳忠;孫平;高亞?wèn)|;徐媛;董春鳳;楊青巍;;Space-Resolved VUV and EUV Spectrometers in HL-2A[J];Plasma Science and Technology;2013年02期

3 江澤民;;對(duì)中國(guó)能源問(wèn)題的思考[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

4 王志文,嚴(yán)東海,張年滿,崔成和,梁雁;HL-1M裝置氦輝光放電清洗的實(shí)驗(yàn)研究[J];真空與低溫;2002年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 饒大偉;高速面陣CCD圖像數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2712963